针对传统超临界二氧化碳(S-CO2)透平设计方法精准度差、设计及优化周期长的问题,基于一元流动理论建立了快速的S-CO2向心透平热力设计方法,结合高精度的三维气动分析方法,提出了一种基于Gauss过程回归的设计-优化方法,利用热力设计以及Gauss过程回归预估透平气动设计的真实效率,并在模拟退火过程中检验设计结果的有效性,通过S-CO2透平的设计及优化算例证明了该方法的高效性。结果表明:透平等熵效率从初始设计方案的83.68%提升至最优设计方案的91.20%,对于传统的气动设计及模拟退火方法需要120次的气动分析,而该方法仅需24次气动分析,大幅缩短了设计-优化时间,具有较高的工程实用价值。

干摩擦装置常用于透平叶片以便于增加阻尼和减小振动应力。为了研究具有干摩擦阻尼结构叶片的振动特性,设计并建造了相应的实验台,采用激光测振仪和电涡流传感器等仪器测试了具有干摩擦阻尼围带结构叶片的振动特性,获得了不同围带正压力和激振力作用下叶片的振动频响曲线和模态阻尼比。实验结果表明:在一定的激振力作用下,叶片的共振频率随着围带正压力的增加而增大,其中存在一个最优围带正压力使叶片的共振响应幅值最小、模态阻尼比最大,从而达到最好的摩擦阻尼减振效果,并通过实验确定了叶片围带最优正压力的范围;此外,由于系统具有非线性特性的干摩擦阻尼,在一定的围带正压力作用下,叶片的共振频率随着激振力幅值的增加而降低,模态阻尼比随着激振力幅值的增加而增大。

二氧化碳作为动力循环工质可获得更高的循环效率和部件紧凑性，应用前景广阔。基于给定参数设计了1台4级轴流式超临界二氧化碳（SCO2）压气机，通过划分六面体网格，采用有限体积法及SSTk-ω湍流模型对其气动性能进行了详细分析，并对叶顶间隙的影响规律进行了研究。研究表明，由于流动加速和引射作用，叶顶间隙泄漏流造成了叶尖吸力侧流体温度和压力的下降，因此该区域可能会发生冷凝现象，并且叶顶间隙的增大进一步降低了该区域的参数，将会导致级效率和压比的降低。研究成果可为SCO2压气机设计提供参考。

轴流透平叶顶不可避免地存在泄漏问题,严重影响了透平的运行效率与安全,工程上通常在叶顶布置密封结构来降低泄漏流的影响。为了进一步提升叶顶密封性能,该文基于一个1.5级超临界二氧化碳轴流透平,在动叶叶顶布置串联式干气密封,讨论了不同密封间隙下的流动特性和气动性能,并通过热流固耦合方法研究了密封端面变形特性,验证了其可行性。结果表明串联式干气密封间隙为10mm时,无量纲相对泄漏量仅有2.43×10-5,透平效率相对于无泄漏结构仅降低了0.01%。随密封间隙增大,泄漏量增大,透平级内损失增大,效率降低。但在大密封间隙下,串联式干气密封结构相比于单级密封结构性能更突出。各个密封间隙下,密封端面内外径热力耦合轴向变形差均不超过27mm,且变形后透平可以维持较高效率。研究结果表明,超临界二氧化碳轴流透平叶顶布置串联式干气密...

针对非定常流动对透平气动性能的影响和导致产生动叶片振动疲劳的气流激振力,深入研究和总结了国内外透平机械的非定常流动,阐述了RNGk-ε湍流模型和双时间步法,并提供了笔者研究的2个汽轮机高压级以及末级的非定常流场与气流激振力的例子.结果表明：采用RNGk-ε湍流模型和双时间步法对透平级进行非定常粘性流场分析可获得更为详细、精确的流场状况以及更为真实的效率;气流激振力和激振力因子的水平与流场状况有密切联系,影响流场的因素（如背压,流量,动静间隙等）发生变化会对气流激振力因子产生影响.此外,还提出了今后进一步研究的思路和方法.